嘗試科學(xué)探究教學(xué)設(shè)計(jì)
【教材分析】：
本節(jié)的主要目標(biāo)是讓學(xué)生初步嘗試進(jìn)行物理問題的科學(xué)探究．教材設(shè)計(jì)了一個(gè)科學(xué)探究的案例，讓學(xué)生初步親身經(jīng)歷科學(xué)探究的完整過程，從中領(lǐng)悟到科學(xué)探究的幾個(gè)基本要素，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣．
【學(xué)情分析】：
本節(jié)安排在物理學(xué)入門《1.1希望你喜愛物理》和《1.2動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)》之后，在1.1節(jié)讓學(xué)生走進(jìn)物理世界，進(jìn)而知道物理，喜愛物理之后；1.2節(jié)讓學(xué)生親身經(jīng)歷了物理實(shí)驗(yàn)，知道了什么是物理實(shí)驗(yàn)，物理實(shí)驗(yàn)并不神秘，物理就是一門實(shí)驗(yàn)的科學(xué)；而1.3節(jié)進(jìn)而將實(shí)驗(yàn)提高了一個(gè)檔次的要求，要求學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中了解和初步掌握科學(xué)探究的方法．教材的安排是循序漸進(jìn)、更上層樓的．教師在教學(xué)中要體會(huì)到教材編寫者的意圖．
【教學(xué)目標(biāo)】：
通過科學(xué)探究，了解科學(xué)探究的過程和一般步驟．
經(jīng)歷科學(xué)探究，獲得對(duì)科學(xué)探究過程的一般性認(rèn)識(shí)，領(lǐng)悟科學(xué)探究的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)，在科學(xué)探究過程中挖掘?qū)W生的探究能力．特別是抽象和假設(shè)檢驗(yàn)的能力，了解科學(xué)探究的一個(gè)基本方法——變量控制法．
通過科學(xué)探究活動(dòng)的親身參與，養(yǎng)成對(duì)科學(xué)的熱愛，增強(qiáng)探究科學(xué)的欲望，樂于參與到科學(xué)探究活動(dòng)中去，能事實(shí)求是的記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出自己的獨(dú)特見解，有與他人合作和進(jìn)行交流的愿望．
【教學(xué)理念】：
本節(jié)課就是一個(gè)完整的科學(xué)探究活動(dòng)．可放手讓學(xué)生去思考、操作、討論．實(shí)驗(yàn)中，不要太過要求嚴(yán)密（例如，規(guī)定怎樣測(cè)量線長、擺動(dòng)次數(shù)、實(shí)驗(yàn)順序和總結(jié)報(bào)告的格式等．）
教學(xué)重點(diǎn)：培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力．
教學(xué)難點(diǎn)：提出問題、制定計(jì)劃和設(shè)計(jì)方案．
根據(jù)以上分析，本節(jié)課的教學(xué)采用探究法、講授法相結(jié)合．
【教學(xué)過程】：
一、探究鐘擺的奧秘
師：科學(xué)的核心是探究，學(xué)習(xí)物理就要學(xué)會(huì)科學(xué)探究．
展示擺鐘實(shí)物，讓學(xué)生觀察+觀察擺鐘的外部構(gòu)造．
師：最近，小慧家的擺鐘走快了，請(qǐng)鄰居張師傅幫忙，只見張師傅將擺鐘下面的螺母擰幾下，擺鐘走時(shí)就準(zhǔn)了
1、 提出問題：
師：對(duì)這個(gè)現(xiàn)象，你想知道些什么？
生：張師傅擰擺鐘下面的螺母究竟調(diào)節(jié)了擺鐘的什么？改變了擺鐘走時(shí)的準(zhǔn)確性？
生：鐘擺來回?cái)[動(dòng)的時(shí)間是由什么決定的？
生：……
師：提出問題是進(jìn)行科學(xué)探究的第一步，偉大的科學(xué)家愛因斯坦說過，提出問題有時(shí)比解決問題更重要．同學(xué)們要仔細(xì)觀察平日周圍的事物，善于思考，善于提出問題．
2、 猜想與假設(shè)：
師：對(duì)于以上問題，你們的猜想是什么？（想想看，問題的真正答案可能是什么？）
生：擺動(dòng)的快慢（擺來回?cái)[動(dòng)一次的時(shí)間）可能與擺錘的輕重有關(guān)．
生：擺動(dòng)的快慢可能與偏離的角度大小有關(guān)．
生：擺錘下面的螺母位置估計(jì)會(huì)影響擺的長度，看來，擺動(dòng)的快慢跟擺的長短有關(guān)．
師：好，前面幾位同學(xué)分別提出了他們的猜想，是否還有同學(xué)有不同的猜想和假設(shè)？如果沒有，那么你贊同哪位同學(xué)的觀點(diǎn)？（設(shè)疑）其中是只有一位同學(xué)說對(duì)了，還是有若干同學(xué)正確？切忌從老師的表情上揣度答案，這不是一種正確的科學(xué)探究態(tài)度．
a、如果你認(rèn)為，擺錘的輕重會(huì)影響擺動(dòng)的快慢，那么是輕的快，還是重的快．
b、如果你認(rèn)為，擺動(dòng)的角度會(huì)影響擺動(dòng)的快慢，那么是擺角大的快，還是擺角小的快．
c、如果你認(rèn)為，百的長度會(huì)影響擺動(dòng)的快慢，那么情況又是怎樣的呢？
生：……（思考、交流、回答）
師：牛頓說，沒有大膽的猜想，就作不出偉大的發(fā)現(xiàn)．在科學(xué)探究中，猜想不是胡猜亂想，它是以自己的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)為基礎(chǔ)作出的一種試探性的解釋．
3、 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃：
師：對(duì)于以上的猜想，你們準(zhǔn)備怎樣制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證呢？
生：用細(xì)線系住小球代替鐘擺，用秒表測(cè)量擺動(dòng)的時(shí)間．
師：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)針對(duì)探究目的，選擇探究的器材，在此，對(duì)具體的實(shí)物進(jìn)行了簡化，用細(xì)線懸掛小球代替，是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)．下面請(qǐng)分組討論制定實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格．（若學(xué)生初次探究設(shè)計(jì)表格有一定困難，可由教師示范表格設(shè)計(jì)方法：控制變量→待研究變量（縱向列表）→實(shí)驗(yàn)次數(shù)/順序（橫向列表）→待測(cè)數(shù)據(jù)）
生：探究步驟如下：……
4、 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)：
師：實(shí)驗(yàn)時(shí)要嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟操作，操作中要注意觀察，把觀察到的重要現(xiàn)象和數(shù)據(jù)記錄下來，數(shù)據(jù)的記錄要尊重事實(shí)，不可拼湊、不可杜撰．
生實(shí)驗(yàn)．
5、 分析與論證：
師：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)只是一堆原始材料，必須通過分析、論證，才能形成結(jié)論．好比建造房子，一堆磚塊、黃沙、水泥等材料要經(jīng)過設(shè)計(jì)、施工、裝飾，才能變成宏偉的建筑．下面請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得出你的實(shí)驗(yàn)結(jié)論．
生：擺球擺動(dòng)的快慢（來回?cái)[動(dòng)一次的時(shí)間）與擺重?zé)o關(guān)．
生：擺球擺動(dòng)的.快慢與擺動(dòng)的角度無關(guān)．
生：擺球擺動(dòng)的快慢與擺長有關(guān)，擺長越大，擺球擺動(dòng)越慢；擺長越短，擺球擺動(dòng)越快．
『板書』：擺動(dòng)的快慢只與擺長有關(guān)，與擺重、擺角無關(guān)．
擺長越大，擺球擺動(dòng)越慢；擺長越短，擺球擺動(dòng)越快．
6、 評(píng)估：
師：探究過程是否恰當(dāng)？探究得到的結(jié)論是否合理？探究過程中是否出現(xiàn)新的問題等，都需要再進(jìn)行充分的考慮．
生：如果我們?cè)俣嘧鰩状危偨Y(jié)出的結(jié)論可能會(huì)更可靠．
生：我們測(cè)的擺動(dòng)時(shí)間還真準(zhǔn)確呢．
生：我認(rèn)為結(jié)論是可靠的，剛才看見張師傅把螺母往下擰，估計(jì)起了增加擺長的作用，使擺動(dòng)變慢，原來走快的鐘就準(zhǔn)了，張師傅的做法和我們實(shí)驗(yàn)的結(jié)論一致．
生：我認(rèn)為可以忽略空氣阻力的影響，鐘的快慢可能跟它所處的地點(diǎn)有關(guān)．
7、 交流：
生：……
二、科學(xué)探究的過程
師祝賀學(xué)生成功完成了探究實(shí)驗(yàn)．總結(jié)探究的環(huán)節(jié)
三、自我評(píng)價(jià)與作業(yè)
小玲、小紅和小麗在操場(chǎng)上玩蕩秋千。小麗把小紅、小玲分別輕輕推一下，細(xì)心的小麗發(fā)現(xiàn)，她倆往返擺動(dòng)一次的時(shí)間幾乎一樣。那么，秋千往返擺動(dòng)一次的時(shí)間與哪些因素有關(guān)呢？
三人對(duì)此問題進(jìn)行了研究，提出如下猜想：
猜想1：秋千往返擺動(dòng)一次所用的時(shí)間可能與人的質(zhì)量有關(guān)。
猜想2：秋千往返擺動(dòng)一次所用的時(shí)間可能與秋千的繩長有關(guān)。
猜想3：秋千往返擺動(dòng)一次所用的時(shí)間可能與秋千擺動(dòng)時(shí)離開中心線最大距離有關(guān)。
為了驗(yàn)證上述猜想，她們來到實(shí)驗(yàn)室，找來刻度尺、細(xì)線、秒表、小球，依照物理學(xué)習(xí)中的科學(xué)方法，按右圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到下表中數(shù)據(jù)。
請(qǐng)你通過分析回答下列問題：
�。�1）為驗(yàn)證猜想1，應(yīng)選用序號(hào)為 兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。
�。�2）為驗(yàn)證猜想2，應(yīng)選用序號(hào)為 兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。
�。�3）為驗(yàn)證猜想3，應(yīng)選用序號(hào)為 兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。
（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：小球往返一次所用的時(shí)間與 有關(guān)，
四、板書設(shè)計(jì)：
一、探究鐘擺的奧秘
擺動(dòng)的快慢只與擺長有關(guān)，與擺重、擺角無關(guān)．
擺長越大，擺球擺動(dòng)越慢；擺長越短，擺球擺動(dòng)越快．
二、科學(xué)探究過程：
補(bǔ)充資料：
�。▽�(duì)同學(xué)們?cè)诳茖W(xué)探究和學(xué)習(xí)物理的過程中的培養(yǎng)要求，教師可在課程教學(xué)的過程中穿插并逐步滲透，具體安排酌情處理。）
師：同學(xué)們要在科學(xué)探究和學(xué)習(xí)物理的過程中逐步培養(yǎng)起
善于發(fā)現(xiàn)問題：
舉例：
a、牛頓從蘋果落地聯(lián)想到“物體為什么都停留在地表附近，拋出的石塊為何總是落回地面？”并不懈探索發(fā)現(xiàn)萬有引力定律。
b、古希臘哲學(xué)家亞里士多德曾最先記載過這樣一個(gè)奇特現(xiàn)象——在同等低溫條件下，溫度高的水結(jié)冰速度快于冷水。坦桑尼亞學(xué)生姆潘巴1969年使這一現(xiàn)象變得更為人知曉，他發(fā)現(xiàn)加糖的牛奶加熱后比未加熱的牛奶結(jié)冰速度快。這種現(xiàn)象也被稱為“姆潘巴現(xiàn)象”。但個(gè)中原因是什么呢？
美國華盛頓大學(xué)的喬納森卡茨在對(duì)“姆潘巴現(xiàn)象”深入研究后認(rèn)為，這一現(xiàn)象實(shí)際上與水中的溶解物有關(guān)。水在加熱過程中，一些通常會(huì)使水變“硬”的溶解物，主要是碳酸鈣和碳酸鎂等碳酸鹽，會(huì)被“驅(qū)逐”出來形成固體沉淀，這就是日常生活中常見的附在水壺內(nèi)壁上的水垢。
卡茨說，未經(jīng)加熱的水中仍含有這些溶解物，在水結(jié)冰過程中隨著冰晶的形成，尚未結(jié)冰的水中這些物質(zhì)的濃度會(huì)進(jìn)一步升高，甚至可達(dá)正常水平時(shí)的50倍。這種情況會(huì)降低水的冰點(diǎn)，這也就減緩了冷水結(jié)冰的速度。這一原理就如同下雪后向路面撒鹽防止結(jié)冰一樣。
卡茨認(rèn)為，姆潘巴在牛奶中加糖實(shí)際上是使水變得“更硬”，進(jìn)一步擴(kuò)大了只含少量碳酸鹽的熱牛奶與富含碳酸鹽的冷牛奶之間結(jié)冰速度的差距。
美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的理查德穆勒認(rèn)為，卡茨對(duì)“姆潘巴現(xiàn)象”的分析是迄今對(duì)這一現(xiàn)象做出的最深入、最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕忉�，并認(rèn)為卡茨找到了“簡單但對(duì)頭”的方式解決這一問題。
姆潘巴因善于發(fā)現(xiàn)問題而將自己的名字和“姆潘巴現(xiàn)象”一起留在的物理學(xué)史上，也許善于觀察的你以后也能在物理學(xué)史和教材上留下你的名字�？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)有時(shí)并不很難，關(guān)鍵是要做個(gè)有心人。
敢于質(zhì)疑權(quán)威：
大家不要總以為老師和科學(xué)家說的就一定是正確的，人非圣賢，孰能無過？科學(xué)家也有犯錯(cuò)誤的時(shí)候，我們（包括很多科學(xué)家）共同認(rèn)定了數(shù)十年的冥王星，在2006年被認(rèn)定并不是太陽系的第九大行星，“九大行星”的說法更正為“八大行星”。大家要敢于質(zhì)疑權(quán)威。（但是要有根據(jù)，不是無憑無據(jù)的否定一切，那也不是科學(xué)的態(tài)度。）
勇于動(dòng)手創(chuàng)新：
發(fā)明包裝袋簡易撕口的即為愛動(dòng)手的中學(xué)生。
學(xué)會(huì)團(tuán)結(jié)協(xié)作：
團(tuán)隊(duì)協(xié)作習(xí)，也是大家以后進(jìn)入社會(huì)必須學(xué)會(huì)的。
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